DE102011018307A1

DE102011018307A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen von Zielparametern

Info

Publication number: DE102011018307A1
Application number: DE102011018307A
Authority: DE
Inventors: Dr. Steimel Ulrich
Original assignee: Atlas Elektronik GmbH
Current assignee: Atlas Elektronik GmbH
Priority date: 2011-04-20
Filing date: 2011-04-20
Publication date: 2012-10-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen von Zielparametern, insbesondere Zielentfernung R, Zielkurses C und Zielgeschwindigkeit V, durch richtungsselektiven Empfang von Schallwellen, die von einem Ziel abgestrahlt werden, mittels einer Anordnung von Wasserschallaufnehmern einer Sonar-Empfangsanlage. Dazu wird zunächst ein Ziel-Manöver-Zeitpunkt 14 ermittelt, zu dem das Ziel seinen Kurs ändert und ein zweites Zielleg 16 beginnt. Zu dem bereits zurückgelegten ersten Zielleg 12 werden eine Vielzahl erster Zielbahnen Z1(i, j) sowie zugehörige erste Qualitätsangaben ermittelt. Zu diesen ersten Zielbahnen Z1(i, j) werden dann mögliche Zielbahnverlängerungen, die zum zweiten Zielleg 16 gehören, mit zugehörigen zweiten Qualitätsangaben ermittelt. Die ersten Zielbahnen Z1(i, j) mit zugehöriger Zielbahnverlängerung, welche sich anhand der zweiten, eine maximale Qualität anzeigenden Qualitätsangabe ergibt, werden zu Zielbahnen Z(i, j) zusammengefasst. Diese möglichen Zielbahnen Z(i, j) enthalten eine beste Zielbahn Zbest mit der optimierten Lösung für die zu bestimmenden Zielparameter. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen von möglichen Zielparametern, die durch richtungsselektiven Empfang von Schallwellen der im Oberbegriff genannten Art ermittelt werden, sowie einer entsprechenden Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 9.
In der Sonartechnik werden zum Bestimmen von Zielparametern, insbesondere zum passiven Bestimmen, von einem Trägerfahrzeug, z. B. einem Oberflächenschiff oder einem U-Boot, Sensoren zum richtungsselektiven Empfang von Schallwellen eingesetzt. Unter einem Sensor wird dabei eine hydroakustische Empfangsantenne, auch Unterwasserantenne genannt, wie z. B. eine Zylinderbasis, eine Seitenantenne oder eine Schleppantenne, verstanden.
Um die Entfernung, Geschwindigkeit und/oder Kurs eines Zieles, z. B. eines Oberflächenschiffes, eines U-Bootes oder eines Unterwasserlaufkörpers, als Zielparameter zu bestimmen, werden die von diesem Ziel abgestrahlten oder gesendeten Zielgeräusche mittels einer Sonar-Empfangsanlage, insbesondere auf einem Trägerfahrzeug, empfangen und Peilwinkel zu diesem Ziel gemessen. Aus zeitlich aufeinanderfolgenden, gemessenen Peilwinkeln sowie zu diesen Peilwinkeln zugehörigen Eigenpositionen des Trägerfahrzeugs werden die Zielparameter des Zieles geschätzt. Dazu wird bspw. ein Verfahren benutzt, welches iterativ eine Zielbahn bestimmt, für die die Summe gewichteter quadratischer Abweichungen zwischen den gemessenen und den zu diesen Zielbahnen gehörenden, geschätzten Peilwinkeln minimal ist. Derartige Verfahren sind bspw. in DE 101 29 726 A1 und DE 103 52 738 A1 beschrieben.
Je nach angewandtem Verfahren werden die zu bestimmenden Zielparameter nach einem vorbestimmten Optimierungskriterium optimiert. Die erhaltenen Zielparameter gehören somit zu einer gemäß diesem Optimierungskriterium optimierten Lösung, welche früher oder später gegen die tatsächlich richtige Lösung konvergiert.
DE 10 2008 030 053 A1 zeigt ein weiteres Verfahren zum Bestimmen von Zielparametern, welches zusätzlich zu der vermeintlich besten Lösung, d. h. der nach einem vorbestimmten Optimierungskriterium optimierten Lösung, eine Qualitätsangabe in Form eines Qualitätsmaßes zu jedem Zielparameter ermittelt, wobei die Verteilung des Qualitätsmaßes jedes Zielparameters Aufschluss über die Zuverlässigkeit der optimierten Lösung gibt.
Bei den vorstehend genannten Verfahren wird jeweils eine gleichförmige Zielbewegung vorausgesetzt, d. h. das Ziel bewegt sich mit konstantem Kurs und konstanter Geschwindigkeit. Diese Verfahren liefern zuverlässige Zielparameter, wenn sich das Ziel gleichförmig relativ zum Trägerfahrzeug bewegt. Sobald das Ziel jedoch seinen Kurs und/oder seine Geschwindigkeit ändert, verschlechtern sich die geschätzten Zielparameter signifikant und konvergieren erst wieder, wenn das Ziel längere Zeit auf konstantem Kurs unbeschleunigt weiterfährt.
Das Trägerfahrzeug fährt dabei für die Peilwinkelmessungen mit konstantem Kurs und konstanter Geschwindigkeit und legt einen Weg zurück, der Eigenleg genannt wird. Für eine erste Bestimmung der Zielparameter ist es herkömmlicherweise notwendig, dass das Trägerfahrzeug ein Manöver durchführt. Bei diesem Eigenmanöver ändert das Trägerfahrzeug seinen Kurs oder seine Geschwindigkeit und beginnt so ein neues Eigenleg. Die nächsten Peilwinkelmessungen ermöglichen dann eine erste Zielparameterbestimmung.
Gemäß dem Stand der Technik werden jeweils Peilwinkel aus einem zurückliegenden vorbestimmten Zeitabschnitt für eine aktuelle Zielparameterschätzung herangezogen. Für die Bestimmung eines neuen Satzes von Zielparametern werden die gemessenen Peilwinkel des vergangenen Zeitraumes herangezogen und einer Filterung unterzogen. Die Zielparameterschätzung ist daher recht träge und liefert nach einem Zielmanöver, d. h. nach einer Kurs- und/oder Geschwindigkeitsänderung unter Umständen erst nach einer Zeit, die der Filterlänge entspricht, wieder zutreffende Ergebnisse.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zu schaffen, bei dem trotz einer Kursänderung des Zieles und ohne Durchführung eines Eigenmanövers eine zeitnahe, zuverlässige Bestimmung der Zielparameter möglich ist.
Die Erfindung löst dieses Problem mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 9.
Mittels einer Anordnung von Wasserschallaufnehmern, wie elektroakustische oder optoakustische Wandler einer Sonar-Empfangsanlage, werden zu einem Ziel Peilwinkel gemessen.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst ein Ziel-Manöver-Zeitpunkt bestimmt. Das ist der Zeitpunkt, an dem das Ziel, dessen zugeordnete Zielparameter bestimmt werden sollen, seinen Kurs ändert und somit ein Manöver durchführt. Dabei wird vorausgesetzt, dass sich das Ziel gleichförmig, d. h. mit konstantem Kurs und konstanter Geschwindigkeit auf einer ersten Bewegungsbahn, nachfolgend auch erstes Zielleg genannt, bis zum Ziel-Manöver-Zeitpunkt bewegt. Nach der Kursänderung des Ziels zum Ziel-Manöver-Zeitpunkt wird vorausgesetzt, dass sich das Ziel gleichförmig ohne Geschwindigkeitsänderung auf einer zweiten Bewegungsbahn, nachfolgend auch zweites Zielleg genannt, bewegt. Das erste und zweite Zielleg bilden zusammen den vom Ziel zurückgelegten Weg.
Während jedem Verarbeitungszyklus aus einer Reihe aufeinanderfolgender Verarbeitungszyklen werden erfindungsgemäß mittels einer Berechnungseinheit mit Qualitätsmaßeinheit erste Zielbahnen mit den zu bestimmenden Zielparametern berechnet, die zum ersten Zielleg gehören. Wobei diese ersten Zielbahnen an einem zu einem ersten gemessenen Peilwinkel zugehörigen ersten Peilstrahl beginnen und an einem zum zeitlich vor dem Ziel-Manöver-Zeitpunkt zuletzt gemessenen Peilwinkel zugehörigen letzten Peilstrahl enden. Somit weisen die ersten Zielbahnen eine zugehörige Anfangsentfernung, insbesondere eine Startentfernung zum Ziel auf, die auf einem ersten Peilstrahl liegt und eine zugehörige Endentfernung, insbesondere eine Letzte Entfernung, die auf einem vor dem Ziel-Manöver-Zeitpunkt letzten, zur Bestimmung der Zielparameter herangezogenen Peilstrahl liegt.
Für jede dieser zum ersten Zielleg zugehörigen ersten Zielbahnen wird neben den Zielparametern eine zugehörige erste Qualitätsangabe, insbesondere ein erstes Qualitätsmaß oder ein erstes inverses und/oder auf 1 normiertes Qualitätsmaß anhand der bis zum Ziel-Manöver-Zeitpunkt gemessenen und der zu diesen Peilwinkeln zugehörigen geschätzten Peilwinkel berechnet. Es ergibt sich für die verschiedenen zu einer ersten Zielbahn zugehörigen möglichen Zielparameter eine jeweils andere Verteilung der ersten Qualitätsangabe, da die erste Qualitätsangabe für die einzelnen ersten Zielbahnen unterschiedlich ist.
Bevorzugt wird die erste Qualitätsangabe mittels eines Qualitätsmaßes angegeben, welches aus der Summe der, insbesondere gewichteten, Quadrate oder Beträge der Differenzen für die entlang der Zielbahn angenommenen Peilwinkel und der zugeordneten gemessenen Peilwinkel berechnet wird. Dabei lässt sich das Qualitätsmaß mittels folgender Formel angeben:
Dabei bezeichnet Q(i, j) das Qualitätsmaß für eine angenommene Zielbahn Z(i, j) mit einer zum Anfangspunkt der Zielbahn gehörenden Anfangsentfernung R₀(i, j) und mit einer Entfernung zum Endpunkt der Zielbahn R_n(j). Der Index k läuft von 1 bis n, wobei n die Anzahl gemessener Peilwinkel B_{meas, k} bzw. angenommener Peilwinkel B_{est, k} längs der Zielbahn angibt. W_k bezeichnet Gewichtsfaktoren, welche bspw. der bei einer Vorfilterung ermittelten inversen Standardabweichung der gemessenen Peilwinkel B_{meas, k} entsprechen. B_est(i, j)_{, k} bezeichnet den angenommenen Peilwinkel des k-ten Peilstrahls für die Zielbahn Z(i, j).
Für die Ermittlung der ersten Qualitätsangabe kann darüber hinaus die Berechnung des o. g. Qualitätsmaßes bei Verwendung von Stützwerten zur Durchführung des Optimierungsverfahrens entsprechend dieser verwendeten Stützwerte angepasst werden. Die Formel für das Qualitätsmaß unter Verwendung von Stützwerten für die Entfernung lautet dann:
Dabei bezeichnet R_n(i, j) die Entfernung zur Zeit t_n von der Zielbahn Z(i, j), R_sup einen Entfernungsstützwert und W_R einen Gewichtsfaktor.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Berücksichtigung von Entfernungsstützwerten beschränkt. Vielmehr sind weitere Stützwerte wie bspw. Geschwindigkeits- und Kursstützwerte zur Berücksichtung bei der Berechnung des Qualitätsmaßes alternativ oder zusätzlich möglich. Ferner können als weitere Stützwerte eine Radialgeschwindigkeit sowie eine Sendefrequenz herangezogen werden. Auch eine zeitgleiche Verwendung von mehreren verschiedenen Stützwerten ist denkbar.
Ebenso ist jedwedes andere Maß, welches sich bspw. mittels Logarithmierung, Radizierung, Quadrierung etc. aus dem o. g. Qualitätsmaß berechnen lässt, einsetzbar als Qualitätsangabe.
Alternativ kann die erste Qualitätsangabe auch aus der Summe der, insbesondere gewichteten, Quadrate oder Beträge der Differenzen aus gemessenen Peilwinkeln und angenommenen Peilwinkeln berechnet werden, die mit der kleinsten dieser Summe aller angenommenen Zielbahnen multipliziert wird. D. h. statt des Qualitätsmaßes Q(i, j) gemäß o. g. Formel werden die inversen und auf das Intervall zwischen 0 und 1, d. h. auf [0, 1] normierten Qualitätsmaße verwendet. D. h. Q(i, j) wird hierbei ersetzt durch Q_inv(i, j) = min(Q)/Q(i, j).
Um die Kursänderung des Ziels zum Ziel-Manöver-Zeitpunkt bei der Bestimmung der Zielparameter ausnutzen zu können, wird vorausgesetzt, dass sich das Trägerfahrzeug, auch Eigenboot genannt, gleichförmig, d. h. mit konstantem Kurs und konstanter Geschwindigkeit auf einer Bewegungsbahn, auch Eigenleg genannt, bewegt.
Ein Zielbahnverlängerungsmodul ermittelt mögliche Zielbahnverlängerungen, die zum zweiten Zielleg gehören, anhand der Zielparameter der zu der jeweiligen Zielbahnverlängerung zugehörigen ersten Zielbahn. Ferner werden zu den möglichen Zielbahnverlängerungen jeweils eine zweite Qualitätsangabe, insbesondere ein zweites Qualitätsmaß oder ein zweites inverses und/oder auf 1 normiertes Qualitätsmaß, ermittelt, wobei die zweite Qualitätsangabe in gleicher Art und Weise wie die vorstehend erläuterte erste Qualitätsangabe anhand der nach dem Ziel-Manöver-Zeitpunkt gemessenen Peilwinkel und der zu diesen Peilwinkeln zugehörigen geschätzten Peilwinkel ermittelt wird.
Ein Auswahlmodul ermittelt dann aus den zuvor bestimmten zweiten Qualitätsangaben diejenige zweite Qualitätsangabe, welche eine beste Qualität anzeigt. Die Zielbahnverlängerung mit der zugehörigen, eine beste zweite Qualität anzeigenden zweiten Qualitätsangabe wird als beste Zielbahnverlängerung dem weiteren Verfahren zugrunde gelegt.
Eine Zielbahnbestimmungseinheit ermittelt dann eine Vielzahl von angenommenen Zielbahnen, welche zum vom Ziel zurückgelegten Weg gehören, wobei diese Zielbahnen jeweils aus einer ersten Zielbahn, die zum ersten Zielleg gehört, und der zugehörigen besten Zielbahnverlängerung, die zum zweiten Zielleg gehört, zusammengesetzt werden.
Ferner ermittelt die Zielbahnbestimmungseinheit zu der Vielzahl angenommener Zielbahnen anhand der zur ersten Zielbahn zugehörigen ersten Qualitätsangabe und der zur besten Zielbahnverlängerung zugehörigen zweiten Qualitätsangabe jeweils eine zur angenommenen Zielbahn zugehörige Qualitätsangabe.
Aus der Vielzahl der angenommenen Zielbahnen wird anhand der zugehörigen, eine maximale Qualität anzeigenden Qualitätsangabe mittels eines Lösungsraummoduls eine beste Zielbahn als Lösung zur Bestimmung der Zielparameter ermittelt, deren zugehörige Zielparameter die zu bestimmenden Zielparameter sind.
Das Ausnutzen des Zielmanövers gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren liefert vorteilhaft einem Bediener der Sonar-Empfangsanlage zeitnah potentielle Lösungen für beide Zielkurse, d. h. für den Zielkurs vor dem Zielmanöver und den Zielkurs nach dem Zielmanöver.
Herkömmlicherweise sind die nach herkömmlichen Verfahren gewonnen angenommenen Zielparameter nach einer Kursänderung des Zieles für die Zeitdauer, die der verwendeten Filterlänge entspricht, unbrauchbar. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt dann, dass trotz einer Kursänderung das erfindungsgemäße Verfahren weiterhin verlässliche Zielparameter liefert, deren Qualität, bzw. Zuverlässigkeit visuell darstellbar ist. Das erfindungsgemäße Verfahren zeigt, dass durch die Ausnutzung eines Zielmanövers statt eines Eigenmanövers, die Zielparameter beobachtbar werde.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Erfindung eine Zielpositionsbestimmungseinheit auf, welche derart ausgestaltet ist, um eine angenommene, zum Ziel-Manöver-Zeitpunkt zugehörige Zielposition für alle oder eine Vielzahl der ersten Zielbahnen, die zu einem ersten Zielleg gehören, anhand der zu der jeweiligen Zielbahn zugehörigen Zielparameter zu ermitteln. Dazu werden die Zielbahnen von ihrem jeweiligen Endpunkt auf dem letzten Peilstrahl vor dem Ziel-Manöver-Zeitpunkt entsprechend ihres zugehörigen Kurses und der zugehörigen Geschwindigkeit sowie entsprechend der Zeitdifferenz vom letzten Peilstrahl zum Ziel-Manöver-Zeitpunkt vorgekoppelt. Die neuen Endpunkte der ersten Zielbahnen zum Ziel-Manöver-Zeitpunkt werden als zu den jeweiligen ersten Zielbahnen zugehörige angenommene Zielpositionen bezeichnet. Diese angenommenen Zielpositionen stellen vorteilhaft Ausgangspunkte für mögliche Zielbahnverlängerungen dar.
Erfindungsgemäß werden die Zielbahnverlängerungen mit zugehörigen zweiten Qualitätsangaben, insbesondere zweiten Qualitätsmaßen oder zweiten inversen und/oder auf 1 normierten Qualitätsmaßen, ermittelt, wobei die Zielbahnverlängerungen von der angenommenen Zielposition zum Ziel-Manöver-Zeitpunkt zu einem aktuellen Peilstrahl ermittelt wird. Dieser aktuelle Peilstrahl ist dabei einem als aktueller Peilstrahl festgelegten Peilwinkel zugehörig, insbesondere zum aktuellen Zeitpunkt des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zur Ermittlung der Zielbahnverlängerungen ein Kreisradius anhand der Zielgeschwindigkeit und der Differenz zwischen dem aktuellen Zeitpunkt und dem Ziel-Manöver-Zeitpunkt ermittelt. Der aktuelle Zeitpunkt wird automatisch oder manuell durch den Bediener festgelegt und ist derjenige Zeitpunkt, dessen zugehöriger gemessener Peilwinkel den aktuellen Peilstrahl liefert.
Unter der Annahme, dass das Ziel seine Geschwindigkeit nach dem Zielmanöver beibehält, liefert ein gedachter Kreis um die zuvor ermittelte, angenommene Zielposition maximal zwei Schnittpunkte mit dem aktuellen Peilstrahl. Zwei einzelne Geraden durch die angenommene Zielposition und durch jeweils einen Schnittpunkt beschreiben zwei mögliche Zielbahnverlängerungen von denen eine beste Zielbahnverlängerung bestimmt wird. Für den Fall, dass nur ein Schnittpunkt vorliegt, wird die eine Zielbahnverlängerung als die beste Zielbahnverlängerung bestimmt.
Die vorteilhaft vorstehend beschriebene Ermittlung der möglichen Zielbahnverlängerungen wird vorzugweise in dem Zielbahnverlängerungsmodul durchgeführt und ermöglicht vorteilhafterweise eine einfache Ermittlung der zu der Vielzahl von ersten Zielbahnen zugehörigen Zielbahnverlängerungen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden nach Ermittlung des Ziel-Manöver-Zeitpunktes für die Ermittlung aller oder einer Vielzahl zum ersten Zielleg zugehörigen ersten Zielbahnen ein zu einem zuerst gemessenen Peilwinkel zugehöriger erster Peilstrahl und ein zum zeitlich vor dem Ziel-Manöver-Zeitpunkt zuletzt gemessenen Peilwinkel zugehöriger letzter Peilstrahl herangezogen. Der erste Peilstrahl sowie der letzte Peilstrahl werden automatisch oder manuell durch Bedienereingriff festgelegt. Dabei beginnt jede angenommene erste Zielbahn auf dem ersten Peilstrahl in einem Anfangspunkt und endet auf dem letzten Peilstrahl in einem Endpunkt. Die Abstände der angenommenen Zielanfangs- bzw. Zielendpositionen untereinander auf dem ersten bzw. letzten Peilstrahl bestimmen vorteilhaft die Genauigkeit der Verteilung der Qualitätsangabe.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird in dem Zielbahnverlängerungsmodul die zweite Qualitätsangabe, insbesondere das zweite Qualitätsmaß, einer zum zweiten Zielleg gehörenden angenommenen Zielbahnverlängerung ermittelt. Bevorzugt wird diese zweite Qualitätsangabe einer angenommenen Zielbahnverlängerung aus der Summe der, insbesondere gewichteten, Quadrate oder Beträge der Differenzen für die entlang der Zielbahnverlängerung angenommenen Peilwinkel und der zugeordneten gemessenen Peilwinkel berechnet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden einer Berechnungseinheit mit Qualitätsmaßeinheit für alle oder eine Vielzahl von ersten Zielbahnen jeweils die ersten Qualitätsangaben, insbesondere die ersten Qualitätsmaße, ermittelt. Bevorzugt wird diese erste Qualitätsangabe einer zum ersten Zielleg gehörenden ersten Zielbahn aus der Summe der, insbesondere gewichteten, Quadrate oder Beträge der Differenzen für die entlang der ersten Zielbahn angenommenen Peilwinkel und der zugeordneten gemessenen Peilwinkel berechnet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden während jedem Verarbeitungszyklus die Zielparameter aller oder einer Vielzahl der Zielbahnen, insbesondere mit einer eine Mindestqualität überschreitenden Qualitätsangabe, mittels eines oder mehrerer Diagramme der Qualitätsangabe über den Zielkurs und/oder die Zielentfernung und/oder die Zielgeschwindigkeit graphisch visualisiert auf einer Anzeigevorrichtung dargestellt. Eine derartige Visualisierung erlaubt ein genaues Ablesen der Zielparameter zu einer ausgewählten Qualitätsangabe. Insbesondere durch Auswählen eines Zielparameters können dann alle zu dieser Lösung gehörenden Zielparameter angezeigt werden, wodurch der Bediener unmittelbar erkennen kann, ob eine Lösung wahrscheinlich ist oder nicht.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden während jedem Verarbeitungszyklus zu allen oder einer Vielzahl von Zielbahnen zukünftige Zielpositionen des Zieles vor dem Ziel-Manöver-Zeitpunkt und/oder nach dem Ziel-Manöver-Zeitpunkt ermittelt. Diese zukünftigen Zielpositionen werden aus den zu der jeweiligen Zielbahn zugehörigen Zielparametern, insbesondere Zielkurs und Zielgeschwindigkeit, für einen vorbestimmten Zeitraum ermittelt. Der Vorteil dieser zukünftigen Zielposition liegt darin, dem Bediener anzuzeigen, welche möglichen Lösungen die bis jetzt vorliegenden Peilungen zulassen und wie zuverlässig die beste Lösung ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird mittels einer Darstellungseinheit ein die möglichen Zielparameter beinhaltender Lösungsraum auf einer Anzeigevorrichtung dargestellt, wobei dieser Lösungsraum die zukünftigen Zielpositionen, einen Entfernungslösungsraum zum Anzeigen der möglichen Lösungen für die Zielentfernung und/oder die beste Zielbahn aufweist. Die Darstellung des Lösungsraumes erfolgt bevorzugt in Form einer Lage-Darstellung, insbesondere PPI-Darstellung (Plan-Position-Indicator-Darstellung). Das hat den Vorteil, die zu bestimmenden Zielparameter mit einer optimierten besten Lösung direkt in einem einzigen Lösungsraum bzw. in einer einzigen Darstellung zusammen mit den zugehörigen Qualitätsangaben vorzugsweise in der gewohnten Lage-Darstellung graphisch zu visualisieren, um dem Bediener den Umgang mit der Sonaranlage zu erleichtern.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus den anhand der anliegenden Zeichnung näher erläuterten Ausführungsbeispielen. In der Zeichnung zeigen:
1 eine schematische Darstellung von zwei Peilstrahlen mit einer Vielzahl möglicher Zielbahnen,
2 ein Szenarium mit einer Vielzahl von Peilstrahlen von einem Trägerfahrzeug zu einem Ziel,
3 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung des Verfahrens sowie der Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
4A–C drei zweidimensionale Diagramme zur Veranschaulichung der Qualitätsangabe über drei Zielparameter und
5 die zu 4 zugehörige Lage-Darstellung des Lösungsraumes.
An Bord eines Wasserfahrzeugs, insbesondere eines U-Bootes, befindet sich wenigstens eine Anordnung von Wasserschallaufnehmern, insbesondere elektroakustische und/oder optoakustische Wandler. Eine derartige Wandleranordnung befindet sich bspw. als Linearantenne jeweils auf einer Seite des Wasserfahrzeugs oder als Zylinderbasis im Bug des Wasserfahrzeugs. Eine weitere Anordnung von Wasserschallaufnehmern kann als Schleppantenne hinter dem Wasserfahrzeug hergeschleppt werden.
Eine Sonar-Empfangsanlage fasst die Empfangssignale der Wasserschallaufnehmer zu Gruppensignalen benachbarter Richtcharakteristiken mittels eines Richtungsbildners zusammen. Dazu werden die Empfangssignale entsprechend ihrer Anordnung laufzeit- und/oder phasenverzögert zu Gruppensignalen aufaddiert.
Den Gruppensignalen sind dann in Abhängigkeit von den jeweiligen Zeitverzögerungen Peilwinkel zugeordnet, deren Intensitätswerte, insbesondere Pegel, ermittelt werden. Aus dem daraus resultierenden Intensitätsverlauf, insbesondere Pegelverlauf, über den Peilwinkel, werden lokale Maxima ermittelt, deren zugeordnete Peilwinkel die eingangs gemessenen Peilwinkel zu Zielen darstellen.
Des Weiteren verfügt eine derartige Sonar-Empfangsanlage über einen Schätzfilter zum Bestimmen von Zielparametern aus dem zum Ziel gemessenen Peilwinkel. Dabei werden die Peilwinkel vorzugsweise bei konstanter Fahrt unter konstantem Kurs des Wasserfahrzeugs längs seines Eigenlegs zum Ziel gemessenen, während sich das Ziel mit konstanter Geschwindigkeit zunächst unter einem ersten Kurs auf einem ersten Zielleg und dann unter einem zweiten, vom ersten verschiedenen Kurs auf einem zweiten Zielleg bewegt.
1 zeigt eine schematische Darstellung von zwei Peilstrahlen 2, 4 unter denen ein Ziel zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten gepeilt worden ist. Da die Zielentfernung nicht bekannt ist, kann sich das Ziel in verschiedenen Positionen 6 auf den ersten Peilstrahl 2 sowie in verschiedenen Positionen 8 auf dem letzten Peilstrahl 4 befunden haben. Bei dem ersten Peilstrahl 2 und dem letzten Peilstrahl 4 handelt es sich jeweils um den ersten bzw. letzten zur Bestimmung der Zielparameter herangezogenen Peilstrahl vor einem Zielmanöver aus einer Vielzahl von zu einem ersten Zielleg gehörenden Peilungen. Sie werden automatisch oder manuell durch Bedienereingriff festgelegt.
Zum Bestimmen von Zielparametern, wie einem Zielkurs C, einer Zielentfernung R und einer Zielgeschwindigkeit V, werden eine Mehrzahl von Positionen 6 auf dem ersten Peilstrahl 2 sowie eine Mehrzahl von Positionen 8 auf dem letzten Peilstrahl 4 gewählt. Diese Positionen entsprechen erfindungsgemäß den Anfangs- bzw. Endpositionen möglicher erster Zielbahnen Z1(i, j), wobei der Index i eine Position 6 auf dem ersten Peilstrahl 2 und der Index j eine Position 8 auf dem letzten Peilstrahl 4 bezeichnet und diese ersten Zielbahnen Z1(i, j) zu einem ersten Zielleg zugehörig sind.
2 veranschaulicht das Szenarium, bei dem sich ein Wasserfahrzeug, d. h. das Eigenboot, mit einer beobachtenden Sonar-Empfangsanlage längs seines Eigenlegs 10 gleichförmig, d. h. mit konstanter Geschwindigkeit und konstantem Kurs, bewegt. Das Eigenboot nimmt dabei n Peilungen zu einem Ziel auf, welches sich von einem ersten Peilstrahl 2 längs einer angenommenen ersten Zielbahn Z1(i, j) bis zum letzten Peilstrahl 4 bewegt. Dabei handelt es sich bei dem letzten Peilstrahl 4 um den zeitlich letzten, vor einem Ziel-Manöver gemessenen Peilstrahl, der für die Bestimmung der Zielparameter herangezogen wird.
Das Ziel bewegt sich dabei mit konstantem Kurs und konstanter Geschwindigkeit auf einem ersten Zielleg 12 bis zu einem Ziel-Manöver-Zeitpunkt 14. Zu diesem Zeitpunkt ändert das Ziel seinen Kurs und bewegt sich mit gleicher Geschwindigkeit auf einem zweiten Zielleg 16.
Erfindungsgemäß wird der Ziel-Manöver-Zeitpunkt 14 automatisch, insbesondere durch Verwendung eines Ziel-Manöver-Detektors, oder manuell durch den Bediener, insbesondere durch visuelles Erkennen des Zielmanövers in einem Bearing Time Record, festgelegt.
Für jede mögliche erste Zielbahn Z1(i, j) werden die Anfangszielentfernung R₀(i) auf dem ersten Peilstrahl 2, die Endzielentfernung R_last(j) auf dem letzten Peilstrahl 4 (vor dem Ziel-Manöver-Zeitpunkt 14), der Zielkurs C1(i, j) sowie die Zielgeschwindigkeit V(i, j) berechnet.
Zu jeder der möglichen ersten Zielbahnen Z1(i, j) des ersten Ziellegs wird eine erste Qualitätsangabe ermittelt. Diese Qualitätsangabe kann bspw. in Form eines ersten Qualitätsmaßes Q1(i, j) dargestellt werden, welches aus den Differenzen zwischen den gemessenen Peilwinkeln und den zugehörigen angenommenen Peilwinkeln berechnet wird. Die Berechnung erfolgt vorzugsweise gemäß der Formel
Dabei bezeichnet Q1(i, j) das erste Qualitätsmaß für eine angenommene erste Zielbahn Z1(i, j). Der Index k läuft dabei von 1 bis n, wobei n die Anzahl der Peilwinkel längs der Zielbahn angibt. W_k bezeichnet Gewichtsfaktoren, um die gemessenen Peilwinkel B_{meas, k} entsprechend ihrer Genauigkeit zu gewichten.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Anwendung o. g. Formel für die Berechnung der ersten Qualitätsmaße Q1(i, j) beschränkt. Vielmehr sind weitere Methoden zur Berechnung denkbar, bei denen auch weitere Daten berücksichtigt werden, wie bspw. die gemessene Frequenz.
Dabei ist es ebenso denkbar, statt des oben angegebenen Wertes von Q1(i, j) als Qualitätsmaß den inversen und auf 1 normierten Wert von Q1(i, j) zu verwenden, nämlich Q1_inv(i, j).
Vorzugsweise wird zu jeder ersten Zielbahn Z1(i, j) ein erstes Qualitätsmaß Q1(i, j) bzw. Q1_inv(i, j) berechnet, welches angibt, mit welcher Qualität die Zielbahn als mögliche Lösung für die gesuchte erste Zielbahn in Frage kommt.
3 zeigt ein Blockschaltbild zur Erläuterung des Verfahrens zum Bestimmen von möglichen Zielparametern gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Zunächst liefet ein Ziel-Manöver-Modul 20, insbesondere ein Ziel-Manöver-Detektor, einen Ziel-Manöver-Zeitpunkt 14, wobei der Ziel-Manöver-Zeitpunkt 14 derjenige Zeitpunkt ist, an dem das Ziel seinen Kurs ändert und seine Fahrt mit gleichbleibender Geschwindigkeit auf dem zweiten Zielleg 16 fortsetzt. Dieser Ziel-Manöver-Zeitpunkt 14 unterteilt den vom Ziel zurückgelegten Weg in ein erstes Zielleg 12 und in ein zweites Zielleg 16.
Der Ziel-Manöver-Zeitpunkt 14 wird zusammen mit dem von der Sonar-Empfangsanlage bis zum Ziel-Manöver-Zeitpunkt 14 gemessenen Peilwinkeln B_meas einer Berechnungseinheit mit Qualitätsmaßeinheit 22 zum Durchführen eines bekannten Optimierungsverfahrens übergeben. Diese Einheit 22 stellt zu den gemessenen Peilwinkeln B_meas angenommene Peilwinkel B_est bereit. Ferner ermittelt diese Einheit 22 zur entsprechenden ersten Zielbahn Z1(i, j) gehörende angenommene Zielparameter für eine Zielentfernung R, einen Zielkurs C1 und eine Zielgeschwindigkeit V sowie eine erste Qualitätsangabe.
In einer Zielpositionsbestimmungseinheit 26 wird zu jeder ersten Zielbahn Z1(i, j) eine zugehörige angenommene Zielposition 28 zum Ziel-Manöver-Zeitpunkt 14 ermittelt. Dazu wird die erste Zielbahn Z1(i, j) von der Endposition R_last(j) auf dem letzten Peilstrahl 4 (vor dem Ziel-Manöver-Zeitpunkt 14) auf die zum Ziel-Manöver-Zeitpunkt 14 zugehörige angenommene Zielposition 28 anhand der Zeitdifferenz zwischen der Messung des zum letzten Peilstrahl 4 zugehörigen letzten Peilwinkels und des Ziel-Manöver-Zeitpunktes 14 und den zuvor ermittelten zugehörigen Zielparameterwerten für den ersten Kurs C1 und die Geschwindigkeit V verlängert bzw. vorgekoppelt.
Unter der Annahme, dass das Ziel seine Geschwindigkeit nach dem Zielmanöver beibehält, werden in einem Zielbahnverlängerungsmodul 30 erfindungsgemäß maximal zwei mögliche Zielbahnverlängerungen Z21(i, j), Z22(i, j) ermittelt.
Dazu werden dem Zielbahnverlängerungsmodul 30 die zuvor ermittelten angenommenen Zielpositionen 28 sowie die zeitlich nach dem Ziel-Manöver-Zeitpunkt 14 gemessenen Peilwinkel 32 übergeben. Die jeweiligen zu den ersten Zielbahnen Z1(i, j) zugehörigen Zielbahnverlängerungen Z21(i, j), Z22(i, j) beginnen jeweils an der zugehörigen angenommenen Zielposition 28 und enden auf einem aktuellen Peilstrahl, wobei der aktuelle Peilstrahl einen als aktueller Peilwinkel 34 festgelegten Peilwinkel zugehörig ist.
In dem in 2 dargestellten Szenariums sind zwei mögliche Zielbahnverlängerungen 16 vom Ziel-Manöver-Zeitpunkt 14 bis zum aktuellen Peilstrahl 34 angegeben, welche jeweils einen möglichen Verlauf des zweiten Ziellegs 16 darstellen.
Zur Berechnung dieser Zielbahnverlängerungen Z21(i, j), Z22(i, j) wird ein Kreisradius 36 anhand der zuvor ermittelten Zielgeschwindigkeit V und der zeitlichen Differenz zwischen dem Ziel-Manöver-Zeitpunkt 14 und dem Zeitpunkt der zu dem aktuellen Peilstrahl 34 zugehörigen aktuellen Peilwinkelmessung ermittelt.
Ein gedachter und in 2 ausschnittsweise dargestellter Kreis 38 mit dem Mittelpunkt in der angenommenen Zielposition 28 und dem zugehörigen ermittelten Kreisradius 36 schneidet den aktuellen Peilstrahl 34 maximal an zwei Stellen und liefert somit zwei Schnittpunkte 40, 42.
Anhand der zeitlich nach dem Ziel-Manöver-Zeitpunkt 14 gemessenen Peilwinkel 32 werden nun die zu den beiden Zielbahnverlängerungen Z21(i, j), Z22(i, j) zugehörigen zweiten Qualitätsangaben, insbesondere zweite Qualitätsmaße Q21(i, j), Q22(i, j) oder zweite inverse und/oder auf 1 normierte Qualitätsmaße Q21_inv(i, j), Q22_inv(i, j), ermittelt, wobei die Ermittlung der zweiten Qualitätsangabe analog zur Ermittlung der ersten Qualitätsangabe auf gleiche Art und Weise erfolgt.
Die Zielbahnverlängerungen Z21(i, j), Z22(i, j) werden zusammen mit den zugehörigen zweiten Qualitätsangaben, wie in 3 dargestellt, einem Auswahlmodul 44 übergeben. Diese liefert eine – eine beste zweite Qualität anzeigende – zweite Qualitätsangabe, insbesondere ein bestes zweites Qualitätsmaß Q2_best(i, j). Die zu dem besten zweiten Qualitätsmaß Q2_best(i, j) zugehörige Zielbahnverlängerung wird als beste Zielbahnverlängerung Z2_best(i, j) festgelegt und zusammen mit dem zugehörigen Qualitätsmaß Q2_best(i, j) einer Zielbahnbestimmungseinheit 46 übergeben.
In der Zielbahnbestimmungseinheit 46 werden nun eine Vielzahl möglicher Zielbahnen Z(i, j) ermittelt, welche die gesamte Bewegung des Ziels über das erste Zielleg 12 und das zweite Zielleg 16 beschreiben. Zu jeder Zielbahn Z(i, j) wird die zugehörige Startentfernung R₀(i) auf dem ersten Peilstrahl 2, die Endentfernung R_last(j) auf dem letzten Peilstrahl 4 (vor dem Ziel-Manöver-Zeitpunkt 14), die Geschwindigkeit V(i, j), der Kurs auf dem ersten Zielleg 12 C1(i, j), der Kurs auf dem zweiten Zielleg 16 C2(i, j) sowie die aktuelle Entfernung R_n(i, j) einer besten Zielbahnverlängerung Z2_best(i, j) auf dem aktuellen Peilstrahl 34 festgehalten.
Ferner werden zu diesen möglichen Zielbahnen Z(i, j) zugehörige Qualitätsangaben mittels der Zielbahnbestimmungseinheit 46 berechnet, wobei die Berechnung vorzugsweise anhand der Summe des zur ersten Zielbahn Z1(i, j) zugehörigen ersten Qualitätsmaßes Q1(i, j) und des zur besten Zielbahnverlängerung Z2_best(i, j) zugehörigen zweiten Qualitätsmaßes Q2_best(i, j) erfolgt.
Aus diesen potentiell möglichen Zielbahnen Z(i, j) wird anhand der zugehörigen Qualitätsangabe eine beste Zielbahn Z_best mit dem eine maximal zu erreichende Qualität anzeigenden Qualitätsmaß Q(i, j) ermittelt. Diese optimierte Lösung der Zielentfernung, des Zielkurses für das erste Zielleg, des Zielkurses für das zweite Zielleg und/oder der Zielgeschwindigkeit können numerisch oder visuell mittels einer Darstellungseinheit 48 auf einer Anzeigevorrichtung ausgegeben bzw. dargestellt werden.
Die Visualisierung der Zielparameter kann auf verschiedene Weisen erfolgen und wird nachfolgend anhand von 4 und 5 erläutert.
Für die Darstellung der Qualitätsangabe wird bevorzugt der oben angegebene inverse und auf den Bereich zwischen 0 und 1, d. h. auf das Intervall [0, 1] normierte Wert des Qualitätsmaßes verwendet. Somit wird im Folgenden Q(i, j) durch Q_inv(i, j) = min(Q)/Q(i, j) ersetzt.
4A–C zeigen drei Diagramme, wobei das auf 1 normierte Qualitätsmaß Q_inv über die Zielentfernung R₀ bei Trackbeginn in 4A, über dem Zielkurs C1 vor dem Zielmanöver sowie dem Zielkurs C2 nach dem Zielmanöver in 4B und übet der Zielgeschwindigkeit V in 4C aufgetragen sind. Diese in 4–C gezeigten Arten der Visualisierungen des Qualitätsmaßes lassen sich weiter dadurch verbessern, dass die dargestellten Symbole für die Qualitätsangabe eingefärbt sind. Bspw. können Symbole für Werte des Qualitätsmaßes größer als ein oberer Wert 50 in einer ersten Farbe, Symbole für Werte des Qualitätsmaßes unterhalb eines zweiten Wertes 54 in einer zweiten Farbe und Symbole für Werte des Qualitätsmaßes in einem dazwischenliegenden Wertebereich 52 in einer dritten Farbe dargestellt werden. Die Zahl der Wertebereich ist jedoch nicht auf drei beschränkt, sondern kann auch größere oder kleinere Werte annehmen. Dabei wird bevorzugt jedem Wertebereich eine andere Farbe zugeordnet.
5 zeigt eine alternative Darstellung des Lösungsraumes. Auf einer Lage-Darstellung, insbesondere einer PPI-Darstellung, sind der erste Peilstrahl 60, der vor dem Ziel-Manöver-Zeitpunkt letzte Peilstrahl 62 sowie der aktuelle Peilstrahl 64 aufgetragen.
Anhand der Zielbahnen Z(i, j) werden zu jedem Peilstrahl 60, 62, 64 ein Entfernungslösungsraum 66 ermittelt, indem zu der jeweiligen darzustellenden Zielbahn Z(i, j) eine zugehörige Anfangsentfernung R₀(i) auf dem ersten Peilstrahl 62, eine Endentfernung R_last(j) auf dem letzten Peilstrahl 62 sowie eine aktuelle Entfernung R_n(i, j) auf dem aktuellen Peilstrahl 64 mit der jeweiligen zugehörigen Qualitätsangabe dargestellt wird. Die Darstellung der Qualitätsangabe erfolgt bevorzugt mittels des inversen und auf 1 normierten Qualitätsmaß Q_inv(i, j) und lässt sich bspw. farblich oder mittels Grauabstufungen kodiert anzeigen. Die Entfernungslösungsräume 66 weisen dazu einen inneren Bereich 68 in einer ersten Farbe, welcher eine hohe Qualität anzeigt, einen äußeren Bereich 70 in einer zweiten Farbe, welcher eine geringere Qualität anzeigt, und einen eine mittlere Qualität anzeigenden Bereich in der Mitte 72 auf.
Ferner wird zu den Zielbahnen Z(i, j) eine zukünftige Zielposition des Zieles ermittelt, wobei diese zukünftige Zielposition aus den zu der jeweiligen Zielbahn zugehörigen Zielparametern für einen vorbestimmten Zeitraum, bspw. in 5 Minuten, ermittelt wird. Diese zukünftigen Zielpositionen werden mit den zugehörigen Qualitätsangaben als zukünftiges Erwartungsgebiet 74 in dem Lösungsraum dargestellt.
Somit weist der Lösungsraum gemäß 5 das zukünftige Erwartungsgebiet 74, die Entfernungslösungsräume 66 und die zuvor ermittelte beste Zielbahn Z_best auf, wobei die beste Zielbahn unterteilt ist in einen ersten Abschnitt 76 des ersten Ziellegs 12 bis zu der angenommenen Zielposition 28 und einen zweiten Abschnitt 78 des zweiten Ziellegs 16. Die dargestellte Pfeilspitze des die beste Zielbahn Z_best angebenden Vektors entspricht der zugehörigen besten zukünftigen Zielposition innerhalb des zukünftigen Erwartungsgebietes 74.
Die für einen Bediener gewohnte Lage-Darstellung gemäß 5 gibt Auskunft über die Zuverlässigkeit der zu bestimmenden Zielparameter mit den zugehörigen Qualitätsmaßen. Eine derartige Darstellung der Entfernungslösungsräume 66 und des zukünftigen Erwartungsgebietes 74 gibt direkt aufgrund der Verteilung, bzw. der Ausdehnung dieser Bereiche, Auskunft über die Zuverlässigkeit der als beste Lösung angegebenen Lösung.
Alle in der vorgenannten Figurenbeschreibung, in den Ansprüchen und in der Beschreibungseinleitung genannten Merkmalen sind sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander einsetzbar. Die Offenbarung der Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen bzw. beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt. Vielmehr sind alle Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10129726 A1 [0003]
DE 10352738 A1 [0003]
DE 102008030053 A1 [0005]

Claims

Verfahren zum Bestimmen von Zielparametern, insbesondere einer Zielentfernung (R), eines Zielkurses (C) und/oder einer Zielgeschwindigkeit (V), durch richtungsselektiven Empfang von Schallwellen, die von einem Ziel abgestrahlt oder gesendet werden, mittels einer Anordnung von Wasserschallaufnehmern einer Sonar-Empfangsanlage, wobei geschätzte Peilwinkel (B_est) aus geschätzten Positionen des Zieles ermittelt werden und von der Anordnung gemessene Peilwinkel (B_meas) ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ziel-Manöver-Zeitpunkt (14) als derjenige Zeitpunkt bestimmt wird, zu dem das Ziel seinen Kurs ändert, wobei der Ziel-Manöver-Zeitpunkt (14) einen vom Ziel zurückgelegten Weg abschnittsweise in ein erstes Zielleg (12) und ein zweites Zielleg (16) unterteilt, erste Zielbahnen (Z1(i, j)), die zum ersten Zielleg (12) gehören, jeweils mit zugehörigen Zielparametern und ersten Qualitätsangaben anhand der bis zum Ziel-Manöver-Zeitpunkt (14) gemessenen Peilwinkel (B_meas) und der zu diesen Peilwinkeln zugehörigen geschätzten Peilwinkel ermittelt werden, mögliche Zielbahnverlängerungen, die zum zweiten Zielleg (16) gehören, mit jeweils zweiten Qualitätsangaben anhand der Zielparameter der zu der jeweiligen Zielbahnverlängerung zugehörigen ersten Zielbahn (Z1) und der nach dem Ziel-Manöver-Zeitpunkt (14) gemessenen Peilwinkel (32) und der zu diesen Peilwinkel zugehörigen geschätzten Peilwinkel ermittelt werden, zu den ersten Zielbahnen (Z1(i, j)) jeweils eine beste Zielbahnverlängerung anhand einer zugehörigen besten zweiten Qualitätsangabe ermittelt wird, Zielbahnen (Z(i, j)), welche zum vom Ziel zurückgelegten Weg gehören, jeweils mit zugehörigen Zielparametern und mit jeweils einer zugehörigen Qualitätsangabe aus den ersten Zielbahnen (Z1(i, j)) mit der zugehörigen besten Zielbahnverlängerung (Z2_best) ermittelt wird und eine beste Zielbahn (Z_best) mit zugehörigen Zielparametern einer optimierten Lösung aus den Zielbahnen (Z(i, j)) anhand der zugehörigen, eine maximale Qualität anzeigenden Qualitätsangabe ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine angenommene, zum Ziel-Manöver-Zeitpunkt (14) zugehörige Zielposition (28) für die ersten Zielbahnen (Z1(i, j)), die zu einem ersten Zielleg (12) gehören, anhand der der zu der jeweiligen ersten Zielbahn (Z1(i, j)) zugehörige Zielparameter ermittelt wird und die Zielbahnverlängerungen von dieser angenommenen Zielposition (28) zu einem aktuellen Peilstrahl ermittelt werden, wobei der aktuelle Peilstrahl einem als aktueller Peilwinkel (34) festgelegten Peilwinkel zugehörig ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Zielbahnverlängerungen ein Kreisradius (36) anhand der Zielgeschwindigkeit und der Differenz zwischen einem aktuellen Zeitpunkt und dem Ziel-Manöver-Zeitpunkt (14) ermittelt wird und ein gedachter Kreis (38) mit diesem Kreisradius (36) um die angenommene Zielposition (28) zwei Schnittpunkte (40, 42) mit dem zum aktuellen Zeitpunkt zugehörigen aktuellen Peilstrahl liefert, wobei diese Schnittpunkte (40, 42) Endpunkte der möglichen Zielbahnverlängerungen darstellen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Ermittlung des Ziel-Manöver-Zeitpunktes (14) für die Ermittlung aller oder einer Vielzahl zum ersten Zielleg (12) zugehöriger ersten Zielbahnen (Z1(i, j)) ein zu einem zuerst gemessenen Peilwinkel zugehöriger erster Peilstrahl (2) und ein zum zeitlich vor dem Ziel-Manöver-Zeitpunkt (14) zuletzt gemessenen Peilwinkel zugehöriger letzter Peilstrahl (4) herangezogen werden und wobei jede angenommene erste Zielbahn (Z1(i, j)) auf dem ersten Peilstrahl (2) in einem Anfangspunkt beginnt und auf dem letzten Peilstrahl (4) in einem Endpunkt endet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Qualitätsangabe, insbesondere das zweite Qualitätsmaß (Q2(i, j)), einer zum zweiten Zielleg (16) gehörenden angenommenen Zielbahnverlängerung aus der Summe der, insbesondere gewichteten, Quadrate oder Beträge von Differenzen zwischen einem zeitlich nach dem Ziel-Manöver-Zeitpunkt (14) gemessenen Peilwinkel (32) und einem zugehörigen angenommenen Peilwinkel entlang der Zielbahnverlängerung berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Qualitätsangabe, insbesondere das erste Qualitätsmaß (Q1(i, j)), einer zum ersten Zielleg (12) gehörenden angenommenen ersten Zielbahn (Z1(i, j)) aus der Summe der, insbesondere gewichteten, Quadrate oder Beträge von Differenzen zwischen einem zeitlich vor dem Ziel-Manöver-Zeitpunkt (14) gemessenen Peilwinkel (B_meas) und einem zugehörigen angenommenen Peilwinkel entlang der ersten Zielbahn (Z1(i, j)) berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während jedem Verarbeitungszyklus die Zielparameter aller oder einer Vielzahl der Zielbahnen (Z(i, j)), insbesondere mit einer eine Mindestqualität überschreitenden Qualitätsangabe, mittels eines oder mehrerer Diagramme der Qualitätsangabe, insbesondere des inversen und/oder normierten Qualitätsmaßes (Q_inv(i, j)), über den Zielkurs (C) und/oder die Zielentfernung (R) und/oder die Zielgeschwindigkeit (V) graphisch visualisiert auf einer Anzeigevorrichtung dargestellt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während jedem Verarbeitungszyklus zu allen oder einer Vielzahl von Zielbahnen (Z(i, j)) zukünftige Zielpositionen (28) des Zieles vor dem Ziel-Manöver-Zeitpunkt (14) und/oder nach dem Ziel-Manöver-Zeitpunkt (14) ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein die möglichen Zielparameter beinhaltender Lösungsraum, welcher ein die zukünftigen Zielpositionen darstellendes zukünftiges Erwartungsgebiet (74), wenigstens einen Entfernungslösungsraum (66) zum Anzeigen der möglichen Lösungen für die Zielentfernung (R) und/oder die beste Zielbahn (Z_best) aufweist, graphisch und/oder numerisch auf einer Anzeigevorrichtung dargestellt wird.
Vorrichtung zur Bestimmung von Zielparametern, insbesondere einer Zielentfernung (R), eines Zielkurses (C) und/oder einer Zielgeschwindigkeit (V), durch richtungsselektiven Empfang von Schallwellen, die von einem Ziel abgestrahlt oder gesendet werden, mittels einer Anordnung von Wasserschallaufnehmern einer Sonar-Empfangsanlage, wobei geschätzte Peilwinkel aus geschätzten Positionen des Ziels ermittelbar sind und von der Anordnung gemessene Peilwinkeln (B_meas) ermittelbar sind, gekennzeichnet durch ein Ziel-Manöver-Modul (20), welches derart ausgestaltet ist, um einen Ziel-Manöver-Zeitpunkt (14) zu bestimmen, zu dem das Ziel seinen Kurs ändert, wobei der vom Ziel zurückgelegte Weg abschnittsweise in ein erstes Zielleg (12) und ein zweites Zielleg (16) durch den Ziel-Manöver-Zeitpunkt (14) unterteilbar ist, eine Berechnungseinheit mit Qualitätsmaßeinheit (22), welche derart ausgestaltet ist, um erste Zielbahnen (Z1(i, j)), die zum ersten Zielleg (12) gehören, jeweils mit zugehörigen Zielparametern und ersten Qualitätsangaben anhand der bis zum Ziel-Manöver-Zeitpunkt (14) gemessenen Peilwinkel (B_meas) und der zu diesen Peilwinkeln zugehörigen geschätzten Peilwinkel zu ermitteln, ein Zielbahnverlängerungsmodul (30), welches derart ausgestaltet ist, um mögliche Zielbahnverlängerung, die zum zweiten Zielleg (16) gehören, mit jeweils zweiten Qualitätsangaben anhand der Zielparameter der zu der jeweiligen Zielbahnverlängerung zugehörigen ersten Zielbahn (Z1) und der nach dem Ziel-Manöver-Zeitpunkt (14) gemessenen Peilwinkel (32) und der zu diesen Peilwinkeln zugehörigen geschätzten Peilwinkel ermittelt werden, ein Auswahlmodul (44), welches derart ausgestaltet ist, um zu den ersten Zielbahnen (Z1(i, j)) jeweils eine beste Zielbahnverlängerung (Z2_best) anhand der besten zweiten Qualitätsangabe zu ermitteln, eine Zielbahnbestimmungseinheit (46), welche derart ausgestaltet ist, um Zielbahnen (Z(i, j)), welche zum vom Ziel zurückgelegten Weg gehören, jeweils mit zugehörigen Zielparametern und mit einer zugehörigen Qualitätsangabe aus den ersten Zielbahnen (Z1(i, j)) mit der zugehörigen besten Zielbahnverlängerung (Z2_best) zu ermitteln und eine weitere Ausgestaltung der Zielbahnbestimmungseinheit (46) derart, um eine beste Zielbahn (Z_best) mit zugehörigen Zielparametern einer optimierten Lösung aus den Zielbahnen (Z(i, j)) anhand der zugehörigen, eine maximale Qualität anzeigenden Qualitätsangabe zu ermitteln.
Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Zielpositionsbestimmungseinheit (26), welche derart ausgestaltet ist, um eine angenommene, zum Ziel-Manöver-Zeitpunkt (14) zugehörige Zielposition (28) für die ersten Zielbahnen (Z1(i, j)), die zu einem ersten Zielleg (12) gehören, anhand der zu der jeweiligen ersten Zielbahn zugehörigen Zielparameter zu ermitteln und eine Ausgestaltung des Zielbahnverlängerungsmoduls (30) derart, um die Zielbahnverlängerungen von dieser angenommenen Zielposition (28) zu einem aktuellen Peilstrahl zu ermitteln, wobei der aktuelle Peilstrahl einem als aktueller Peilwinkel (34) festgelegten Peilwinkel zugehörig ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, gekennzeichnet durch eine Ausgestaltung des Zielbahnverlängerungsmoduls (30) derart, um einen Kreisradius (36) anhand der Zielgeschwindigkeit und der Differenz zwischen einem aktuellen Zeitpunkt und dem Ziel-Manöver-Zeitpunkt (14) zu ermitteln und einen gedachten Kreis (38) mit diesem Kreisradius (36) um die angenommene Zielposition (28), wobei zwei Schnittpunkte (40, 42) des gedachten Kreises (38) mit dem zum aktuellen Zeitpunkt zugehörigen aktuellen Peilstrahl bildbar sind, und diese Schnittpunkte (40, 42) als Endpunkte der möglichen Zielbahnverlängerungen darstellbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 12, gekennzeichnet durch eine Darstellungseinheit (48), die derart ausgestaltet ist, um während jedem Verarbeitungszyklus die Zielparameter aller oder einer Vielzahl der Zielbahnen (Z(i, j)), insbesondere mit einem eine Mindestqualität überschreitende Qualitätsangabe, mittels eines oder mehrerer Diagramme der Qualitätsangabe, insbesondere des inversen und/oder normierten Qualitätsmaßes (Q_inv(i, j)), über den Zielkurs und/oder die Zielentfernung und/oder die Zielgeschwindigkeit graphisch visualisiert auf einer Anzeigevorrichtung darzustellen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 13, gekennzeichnet durch eine Ausgestaltung der Darstellungseinheit (48) derart, dass während jedem Verarbeitungszyklus zu allen oder eine Vielzahl von Zielbahnen (Z(i, j)) zukünftige Zielpositionen des Zieles vor dem Ziel-Manöver-Zeitpunkt (14) und/oder nach dem Ziel-Manöver-Zeitpunkt (14) ermittelbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine weitere Ausgestaltung der Darstellungseinheit (48) derart, dass ein die möglichen Zielparameter beinhaltender Lösungsraum, welcher ein die zukünftigen Zielpositionen darstellendes zukünftiges Erwartungsgebiet (74), wenigstens einen Entfernungslösungsraum (66) zum Anzeigen der möglichen Lösungen für die Zielentfernung und/oder die beste Zielbahn (Z_best) aufweist, graphisch und/oder numerisch auf einer Anzeigevorrichtung darstellbar ist.